[发明专利]一种踝关节康复机器人

说明书

技术领域

本发明涉及一种人肢体康复器械，具体为一种可实现患者踝关节自动做康复运动的康复器械，取名为踝关节康复机器人，国际专利分类号拟为Int.Cl.A61H 1/00(2006.01)。

背景技术

美国鲁特格大学的Girone先生和他的同事研制了一套利用鲁特格踝接口进行矫形康复的装置，该装置可用来帮助患有踝关节肌肉损伤的病人实施康复训练(参见吉罗尼等，应用“鲁特格踝”接口矫形康复.虚拟现实医学学术会议论集，2000年1月，Girone，M.J.，et al.OthopedicRehabilitation Using the“Rutgers Ankle”Interface[A].Proc.ofMedicine Meets Virtual Reality 2000[C].IOS Press，pp.89-95，January 2000.)。该装置基于Stewart平台，采用气动伺服机构使动平台实现六自由度运动，脚踝活动空间大，便于实现踝关节的康复训练。但该装置结构复杂，需要配置独立气源，制造和使用成本高。伦敦大学的Jian S.Dai等人介绍了一种球面副S、移动副P和球面副S(3SPS/S)并联装置的方案，试图用来实现踝部物理治疗装置动平台的三自由度运动(参见Jian S.Dai.等人.扭伤踝部物理治疗机构综合与机器人康复装置刚性分析.自主机器人2004，16：207-218.Jian S.Dai，Tieshi Zhao，Christopher.SprainedAnkle Physiotherapy Based Mechanism Synthesis and StiffnessAnalysis of a Robotic Rehabilitation Device.Autonomous Robots，2004，(16)：207-218.)。但该方案也存在驱动移动副P实现运动较为困难的不足，且未见该方案具体技术的报导。

发明内容

针对现有技术的不完善性，本发明要解决的技术问题是，设计一种踝关节康复机器人，该踝关节康复机器人具有三个运动自由度，其动平台可带动损伤的脚踝实现功能训练，同时具有主动运动治疗和被动运动治疗的功能，且结构简单，成本低廉，调节方便，运动参数可自动记录，有利于脚踝关节损伤的科学治疗与康复。

本发明解决所述机器人技术问题的技术方案是：设计一种踝关节康复机器人，它包括机械部分、控制部分和显示部分，所述的机械部分包括底座和动平台，在底座和动平台之间并联均布安装有三根具有相同结构的支链和一根具有中心球面副的中心约束杆，每个支链均由转动副、下球面副、连杆和上球面副构成；所述下球面副通过螺栓固定在转动副的端部，下球面副通过连接杆与上球面副连成一体，上球面副固连在动平台的下表面；所述中心约束杆的上端通过球铰与动平台的中心相连接；在底座上均布固装有三块相同的弯板，三台相同规格的力矩电机分别安装在所述的三块弯板上，且分别与所述的三根支链的转动副驱动连接；所述的动平台上安装有脚踏板，动平台与脚踏板之间安装有三维或六维力/力矩传感器，所述转动副的轴上安装有位置传感器；所述的控制部分包括计算机及其软件、多轴运动控制卡和驱动器；所述的软件包括与患者实现交互作用的康复软件，康复软件包括康复训练、信息反馈和功能评价三个子系统；所述的多轴运动控制卡放在PC计算机的插槽中，并采用电缆通过驱动器分别与所述的三台力矩电机相连接；所述的显示部分包括与计算机线缆连接的显示器。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1.现有的踝关节康复器械只能完成简单的动作，运动参数无法调节。本发明踝关节康复并联机器人借助于计算机和机器人系统以及多轴运动控制卡通过驱动器拖动力矩电机工作，带动动平台自动地对患者脚踝部位进行多方位的康复医疗或训练，并且调节灵活，运动参数自动记录。

2.现有的美国鲁特格踝关节康复器械具有六个自由度，根据踝关节运动的可能性，实际上，踝关节的康复运动仅需要三个自由度。因此六个自由度的器械属于多余功能，使其结构非常复杂，而且采用的气动伺服装置需要配备独立气源，造价昂贵，使用不便且受限于成本。本发明满足踝关节康复运动所需要的三个自由度，采用电驱动，电源方便，且结构简单，成本低廉，便于制造和实际使用。

3.现有的踝关节康复器械的力和位置参数不易测量。本发明踝关节康复机器人所述的三维力/力矩传感器和光电编码器(位置传感器)设计，可以方便地测量力和位置参数。并可以建立患者康复数据库，便于医生了解患者康复状况，根据数据库的数据来科学制定患者进一步康复治疗的计划。

附图说明